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摘要：机械工程设计是一个较为复杂且系统的领域，由于机械产品较多，并且大部分产品都需要较高的可靠性，为此，可靠性设计成为机械工程及其相关产品设计中较为重要的环节之一。目前，比较常用的机械工程可靠性设计方法有很多，但是每一种方法都优缺点兼具，这给最佳方法的选择增添了一定的难度，为此，想要使机械工程设计达到预期中的可靠性，就必须对所选的可靠性设计方法进行进一步优化。基于此点，本文首先介绍了机械工程可靠性设计的常用方法，并在此基础上提出机械工程的可靠性优化设计研究。
关键词：机械工程；机械产品；设计方法；可靠性优化设计
1、机械工程可靠性设计的常用方法
1.1、概率设计法
这是一种应用概率设计理论进行机械零部件及构件设计的方法，它的基本原理是将原材料性能、荷载、强度以及零部件尺寸等条件全部视为属于某一种概率分布的统计量，并以通用的广义应力强度干涉模型作为基本运算公式，然而运用机械零部件传统的设计计算模型，获得给定可靠度下的零部件尺寸或是给定尺寸下零部件的可靠度及其相应寿命。该方法的设计核心是将设计变量当做随机变量，并借助应力强度干涉模型来确保设计出来的零部件达到指定的可靠度指标要求。这种设计方法与传统的以安全系数为基础的设计方法相比，其具有以下优越性：其一，传统设计方法通常都是取最小强度大于最大应力的指标，然而机械产品的强度和应力却并非固定不变的，所以这种设计在可靠度方面相对较差，而概率设计法则是以概率的分布来对零部件的应力和强度进行描述的，故此更贴合实际情况，可靠度也相对更高；其二，在传统的设计方法中并没有与定量可靠度相关联，致使设计出来的产品无法满足定量可靠度要求，而概率设计法承认所有设计的零部件都或多或少地存在一定的故障可能性，同时可以定量回答出故障的概率和可靠度；其三，传统的设计方法很少经过理论分析，多数时候凭借的都是经验进行确定，这种设计的主观随意性和盲目性相对较大，而概率设计法则是按照应力强度干涉模型进行设计，这样能够使原材料的固有性能获得充分发挥，进而达到更精确、更合理的设计目标。采用概率设计法对机械产品进行设计必须具有大量的基础数据和建模经验，正因为基础数据的缺乏，使得该方法的应用并未获得大范围推广普及，尽在极少数机械工程设计中有所应用。
1.2、稳健性设计法
这种设计方法主要是使产品的性能对制造期间在变异或是使用环境的变异不过于敏感，并使产品在其全寿命周期以内不管参数、结构等因素发生老化或是漂移都可以继续保持工作状态的一种设计方法。该方法是由日本著名的机械设计师田口玄一提出的一种以统计分析为基础的机械设计方法，它的基本原理是产品的质量可用性对用户造成的损失来衡量产品的设计可靠性，这里损失通常都是正比于产品功能特性与其目标之间的偏差，即偏差值越大给用户带来的直接损失也就越大，这表明产品的质量相对较差，而改进质量差的有效途径则是不断减少偏差，或是通过对材料和生产工艺的严格控制来达到缩小偏差的目的。但是这种方法的缺陷是显而易见的，其最大的缺陷之一是经济性较差，并且技术上也很难实现。经过不断改良和完善后，该方法已经可以通过提高产品自身的抗干扰能力来提升可靠性，这种方法并不单纯是一种方法，从某个角度上可将之理解为是诸多方法的集合。稳健性较好的机械产品可靠性也会相对较高。
1.3、降额设计法
这种方法是将机械产品的零部件使用应力降低至其额定应力的一种设计方法，它主要是通过降低零部件承受的应力或是进一步提高零部件本身的强度来来达到降额的目的。根据大量的工程实践表明，大部分机械零部件在低于额定承载应力的条件下工作时，机械的故障率非常低，而可靠性却十分高。为了探寻最佳的降额值必须进行大量的试验。当机械零部件的荷载应力极易承受这些荷载应力的具体零件的强度在某一个范围内呈现出不确定的分布时，便可以采取提高平均强度、降低平均应力、减少应力变化和强度变化的方法来提高可靠性。
1.4、预防故障设计法
这种设计方法主要是按照以往的一些工程经验以及各类相关的信息，而后采取各种有效地方法来达到预防机械产品发生故障的目的，或是控制故障发生的几率在允许的范围以内。
对于机械产品而言，其在长时间的使用过程中，积累了大量的生产制造和使用经验，为此，大部分机械产品的设计采用的都是传统的技术和以成功经验为依据的设计规范、准则等，并运用可靠性分析的方法来确保产品的可靠性，这也是最直接和最有效地确保产品可靠性的途径之一。例如，想要提高某一种机械产品的可靠性，可以先从机械零部件的选择和控制入手，并借助以往的一些经验以及相关的实验结果，优选出最为适用的标准件和通用件，同时还要考虑到产品日后的维修性，并在设计中考虑装备系统的作业方便性，进而确定出最佳的设计方案。
2、机械工程的可靠性优化设计研究
2.1、基于产品自身性能的可靠性优化
机械工程产品可靠性设计优化应从多个角度出发，全面改善机械工程产品的使用性能，保证其在运行过程中的可靠性。首先从产品自身性能角度来看，机械工程需要通过将产品零部件组装成一个有机整体，确保其功能的完善性。在产品可靠性设计优化中，首先应对机械工程产品进行系统性分析，了解各个零部件对于系统整体的影响，找到关键零部件，对其作出着重优化。同时应基于整体性角度，对产品性能进行预测，判断各项设计指标能否满足实际使用需求。其次，在机械工程产品可靠性优化设计过程中，应采用指标分配方法，根据产品可靠性要求，对设计指标进行合理分配，确保各个零部件的性能指标都能够达到产品可靠性要求。具体可采用比例分配、再分配等方法，对可靠性指标进行拆解和分配。然后在单个零部件的设计和选择过程中，确保其符合分配的指标要求。最后，应通过对零部件及机械产品进行检测或试验，提升机械工程产品整体设计水平[2]。
2.2、基于产品使用需求的可靠性优化
基于产品使用需求的可靠性设计优化，实际是针对机械工程产品的制造过程采取必要的优化措施，降低工艺技术等方面的负面影响。在机械工程产品制造加工过程中，会因多方面影响因素对产品可靠性造成影响，包括零部件质量、加工精度、工艺流程合理性等。因此，在机械工程产品可靠性优化设计过程中，也需要充分考虑制造加工过程的影响因素，提前制定有针对性的应对措施。同时应通过工艺技术创新，提高机械工程产品制造水平，确保可靠性优化设计措施能够得以实现。在产品设计过程中，需要对实际制造环境进行考察，分析各个子系统的综合性能，可采用模型分析方法，对机械制造工艺的具体影响因素进行分析，并对工艺系统进行改良，从而保证产品制造过程的可靠性。通过提高产品制造工艺水平，能够确保产品实际加工质量符合使用需求。
2.3、基于产品维护检修的可靠性优化
最后，在机械工程产品的可靠性优化过程中，也需要考虑产品在实际使用过程中的维护检修问题。产品可靠性设计要求是在产品正常使用寿命内的可靠运行。但是随着机械工程产品使用时间的推移，其各方面功能性能水平难免会出现下降，此时就需要采用合适的维护检修方法，恢复产品正常运行，减少故障隐患。因此，在机械工程产品的可靠性优化设计中，还需要突出产品特点，提前制定维护检修办法，为产品使用提供指导。同时应合理设计产品使用周期，明确产品报废标准，避免存在较高故障隐患的产品仍然继续使用，引发安全事故。产品维护检修及保养措施应在设计文件和说明性文件中明确标注，在制定维修方案时，也需要考虑成本方面的问题，避免因运行维护成本过高，影响产品竞争力。通过基于以上几方面的考虑，对机械工程产品可靠性作出多层次的优化，可有效提升产品可靠性水平
3、结语
机械工程产品可靠性设计在产品设计中占有重要地位，是机械工程产品必须满足的设计要求。通过在机械工程全过程中对产品可靠性进行全面优化，可以最大化地提升机械工程产品可靠性水平，使其能够达到设计及实际使用要求。针对目前机械工程产品可靠性设计存在的问题，应提高对产品可靠性优化设计的重视，不断挖掘可行的优化设计方法。
参考文献：
[1]陆荣，陆达.摩擦换向抽油机中摆线针轮传动的可靠性优化设计[A].2011年全国机械行业可靠性技术学术交流会暨第四届可靠性工程分会第三次全体委员大会论文集[C].2011（8）.
[2]覃岭，谢君生，梁东城.液压自动车床V带传动可靠性优化设计[A].中国机械工程学会传动分会2008年风力发电论坛论文集[C].2008（7）.
[3]李浩阳，曹谢东.混合遗传算法在机械零件性能可靠性优化设计中的应用[A].2009全国先进制造装备与机器人技术高峰论坛论文集[C]，2009（6）.